GIS與BIM集成在城市建筑規(guī)劃中的應(yīng)用研究

【摘要】建筑是整座城市中最基本的元素，而城市建筑規(guī)劃也是城市規(guī)劃中的主要組成部分。為了達到城市建筑規(guī)劃的主要目標，提高城市建筑規(guī)劃的整體水平，需要在其中將GIS技術(shù)和BIM技術(shù)進行集合使用，使城市建筑物在管理方面呈現(xiàn)出功能互補的特點。為提高城市建筑規(guī)劃的質(zhì)量與效率，在GIS系統(tǒng)中采用了BIM信息進行城市建筑規(guī)劃，并在城市建筑空間分析上進行了一些實驗。結(jié)果表明，這種將微觀領(lǐng)域的BIM信息和宏觀領(lǐng)域的GIS信息的相互操作，能夠滿足查詢與分析空間信息的需要，是未來城市GIS的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】GIS與BIM集成；城市建筑規(guī)劃；應(yīng)用

1、前言

現(xiàn)代信息技術(shù)為空間管理提供了解決問題的方案。有研究表明BIM運用于運維管理能夠為各參與方提供便捷的平臺，實現(xiàn)設(shè)計、施工、運維的信息共享，建立建筑物物業(yè)空間管理模型，還有研究關(guān)注GIS與空間管理的結(jié)合。除此之外，業(yè)內(nèi)人士對于BIM和GIS的結(jié)合應(yīng)用也表現(xiàn)出了濃厚的興趣和極大的關(guān)注。在建筑領(lǐng)域，建筑從設(shè)計到施工產(chǎn)生大量的信息，特別是建筑設(shè)計三維模型，包含了建筑詳細的空間信息，各種信息集合在一起形成BIM。而在三維GIS領(lǐng)域，主要研究如何對城市建筑物三維建模，獲得建筑的詳細空間信息。

2、建筑三維模型的建立

對于城市建筑物來說，由于其主體功能的不同，其建筑類型、建筑結(jié)構(gòu)和顏色等方面各有不同，為解決建筑建設(shè)過程中出現(xiàn)的各種問題，需要對建筑物的整體信息進行采集，建立相應(yīng)的建筑三維模型。但就目前所知的建筑三維模型建立方法來說，其工作量較大，成本較高，并不適用于城市建筑物的三維模型建立當中。針對這種情況，可利用BIM技術(shù)來對建筑物的整體高度、尺寸結(jié)構(gòu)和內(nèi)部空間信息進行獲取，并建立相應(yīng)的三維模型，然后可利用GIS技術(shù)，將建筑空間信息與周圍的地理信息進行共享，在能保證建筑物信息精確度的情況下，降低建筑物的空間信息成本。

BIM與GIS融合最主要要解決的是如何進行兩個領(lǐng)域的數(shù)據(jù)共享。近年來，越來越多的BIM軟件支持IFC標準，提供IFC標準的數(shù)據(jù)接口，形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的建筑產(chǎn)品，以IFC標準格式的數(shù)據(jù)流通。IFC標準是一個計算機能夠處理的建筑數(shù)據(jù)表示和交換標準。三維GIS采用City GML來表示城市三維通用信息，從2009年Geo BIM作為City GML標準開始實行，為BIM與GIS的融合提供了可能。通過Geo BIM，IFC的數(shù)據(jù)就可以進入City GML中，進行數(shù)據(jù)共享。

3、GIS與BIM集成助力城市建筑規(guī)劃

隨著智慧城市技術(shù)的快速發(fā)展，很多人理解智慧城市僅僅是根據(jù)使用目的建立不同的GIS系統(tǒng)，但事實上不管是數(shù)字城市還是智慧城市，只有GIS系統(tǒng)的參與不可能完成如此龐大的工程，必須借助BIM才能做到真正的城市智能化。

本文主要研究建筑物和周邊環(huán)境的搭配效果是否能協(xié)調(diào)工作，如日照分析、通視分析、建筑物方案對比分析等；以及利用BIM的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性和優(yōu)化性建立建筑物BIM可視化信息的三維GIS系統(tǒng)。在對建筑物進行管理的同時，還可利用計算機對空間建筑物進行測量。

3.1三維測量

三維測量主要是指量測空間距離、住宅間距、地塊面積、建筑面積以及填挖方計算等。三維測量就是為這些面積、間距的設(shè)計提供合理的數(shù)據(jù)。在建筑物很密集、超高建筑很多的情況下，測量的難度會加大，而在GIS與BIM集成的三維空間地理信息系統(tǒng)中，三維測量可以很好地解決這個問題。在進行距離量測時，只需單擊要測量線段的兩個端點，三維實景窗口中就會顯示出距離；在進行高度量測時，單擊兩個點就可知道該兩點之間的高度；在進行角度量測時連續(xù)點擊三個點，就可求出以第二個點為頂點的角度值；在進行面積量測時，連續(xù)單擊測量區(qū)域的各個頂點，就可以求得該區(qū)域的面積。

3.2建筑方案的設(shè)計對比

建筑設(shè)計方式與實際的施工流程總會存在一定的差異。由于工程造價、投資規(guī)模和建筑節(jié)能的影響，需要設(shè)計人員設(shè)計出不同的設(shè)計方案，結(jié)合實際的建筑需求，來選擇出最合適的方案。在傳統(tǒng)的設(shè)計過程中，都是在二維圖紙上進行設(shè)計，這樣的設(shè)計方案不能很好的表達出建筑空間信息。目前可以在GIS+BIM組合來進行方案設(shè)計，在對建筑信息進行獲取的同時，對建筑物前后的變化情況進行模擬，結(jié)合實際的需求，能夠?qū)υO(shè)計的合理性進行充分檢驗。

3.3日照分析

日照對于建筑物室內(nèi)的采光、取暖以及視覺都有比較大的影響，日照分析主要是為了滿足建筑容積、建筑間距等對指標的需求，防止遮擋光或者光污染等問題。日照分析主要包括4個方面：遮擋分析、單點分析、窗洞分析以及日照仿真分析。在日照分析中需要研究不同季節(jié)日照情況對建筑物的高度、體積等的影響，并且計算出建筑物的日照時間、陰影面積等數(shù)據(jù)，然后通過三維模型展示現(xiàn)實光影效果。在基于GIS與BIM的三維空間地理信息系統(tǒng)中，利用BIM的模擬性，先模擬設(shè)計出的建筑物模型，再模擬不能在真實世界中的操作，如日照分析。

日照分析涉及到時間、地域、建筑造型等多種因素，要將這些相互影響的因素綜合起來進行人工計算分析是非常困難的，但是如果通過城市數(shù)字三維模型將這些因素以一種形象化的方式表現(xiàn)出來就變得簡單很多，要分析規(guī)定時間點各棟建筑之間的遮擋與被遮擋情況，即遮擋分析，可以根據(jù)建筑物陰影分析來獲取建筑物的遮擋情況。可根據(jù)日照分析結(jié)果來判斷建筑物之間的距離是否合理，為建筑物規(guī)劃設(shè)計提供依據(jù)。當一個建筑物被另外一個建筑物遮擋時，被遮擋的部分比未遮擋部分接受日照少，如圖1所示。

3.4通視分析

城市內(nèi)的通視分析主要是為了對建筑物的高度進行控制，是城市空間結(jié)構(gòu)研究的基本問題，科學合理的建筑物通視分析讓城市中一些重要的景點和景觀周圍的建筑都具有適當?shù)某叨?，從而保護了景點或景觀的視覺效果。通視分析是以某一點為觀察點，研究某一區(qū)域的通視情況。通視分析的基本內(nèi)容有3個，一是兩點之間的可視性分析；二是可視域分析，即給定一個觀察點，基于一定的相對高度，分析給定范圍內(nèi)觀察點所能通視覆蓋的區(qū)域；三是多點通視面積的交集計算，由被覆蓋的可視面積反求待定位置與高度。

結(jié)語：

在GIS系統(tǒng)中應(yīng)用BIM對建筑物進行分析，不僅有助于科學合理地進行城市規(guī)劃，還可以對建筑設(shè)計提供技術(shù)上的幫助和支持。本文展示的只是GIS與BIM集成應(yīng)用的一部分，希望在今后的工作中能開展更加全面的研究。

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